DE102005027329B4

DE102005027329B4 - Vorrichtung zur Diagnostik und Therapie der Rumpfmuskulatur, insbesondere zur koordinativen Trainingstherapie der Muskulatur der Lendenwirbelsäule

Info

Publication number: DE102005027329B4
Application number: DE200510027329
Authority: DE
Inventors: Birger Haeckel
Original assignee: Hackel Birger Dr
Current assignee: ERNST-ABBE-FACHHOCHSCHULE JENA, DE; HAECKEL, BIRGER, DR., DE; LAQUA, STEPHAN, DE
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: DE102005027329A1

Abstract

Vorrichtung zur Diagnostik und Therapie der Rumpfmuskulatur, insbesondere zum Training der Feinmotorik und der Koordinationsfähigkeit der Muskulatur der Lendenwirbelsäule eines Probanden, mit einem Geräteunterteil (2) zur Sicherung der Standfestigkeit eines Trainingsgerätes (1), einer höhenverstellbaren Sitzeinrichtung (4), angeordnet auf einem um seine Längsachse drehbeweglichen Zylinder (3), einem Widerstandssystem (5), welches mit Mitteln zur Fixierung des Probanden verbunden ist, und einer Rechnereinheit (9) als Steuer- und Regelgerät, verknüpft mit Kraftsensoren sowie Ein- und Ausgabevorrichtungen (10) und einem Monitor (11) zur Erfassung probanden- und übungsrelevanter Daten, deren Weiterverarbeitung und zur Anzeige des aktuellen Kraft- und Bewegungsausmaßes, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandssystem (5) ein Tripod-System ist, dessen Poden als Pneumatikzylinder (13) ausgebildet sind, die, konzentrisch und um 120° zueinander versetzt angeordnet, an einem Ende mit dem Umfang des Zylinders (3) und an ihrem anderen Ende mit einem den Probanden etwa in Hüfthöhe umgebenden ringförmigen Befestigungsrohr (6) durch Scharniere verbunden sind, dass der in Stehsitz-Position...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diagnostik und Therapie der Rumpfmuskulatur. Sie ist insbesondere zur Trainingstherapie der Muskulatur der Lendenwirbelsäule und vor allem zur Schulung koordinativer Fähigkeiten vorgesehen. Diese Therapie dient zugleich der Konditionierung der Rumpfmuskulatur hinsichtlich Maximalkraft und Kraftausdauer und arbeitet nach dem Prinzip der differentiellen Achsonotonie.

Vorrichtungen und Verfahren zur Bewertung von Muskelzuständen der Skelettmuskulatur und zur Trainingstherapie für Zwecke der Prävention und Rehabilitation sowie der Muskelkräftigung im medizinischen Reha-, Sport- bzw. Fitnessbereich sind seit längerem bekannt. So beschreibt z. B. die Druckschrift DE 195 09 268 A1 eine Vorrichtung zur Erfassung und Beübung der Muskelkraft und der Beweglichkeit des Muskel-Gelenk-Systems des Menschen. Die Elemente zur Positionierung des Körpers sowie zur Kraftübertragung sind dabei aber so ausgelegt, dass im wesentlichen nur die Schultern und die oberen und unteren Extremitäten einer gezielten Behandlung unterzogen werden können. Die Vorrichtung kennzeichnen eine Vielzahl (16+5) von Positionierungsmitteln, die entweder durch translatorische Verstellung eine Lageänderung des Probanden hervorrufen oder der Positionierung der jeweiligen Kraftangriffsmittel dienen sollen, und von Drehpositionierungsmitteln, die entweder die vertikale Drehung des Rumpfes des Probanden erlauben oder/und, in Verbindung mit Schwenkarmen, der Krafteinleitung und der Verbesserung der Beweglichkeit im Schulterbereich und in den Oberarmen dienen. Zur korrekten Arbeitsweise des Gerätes bedarf jedes dieser Positionier/Drehpositioniermittel der genauen Einstellung.

Aufgrund fehlender Freiheitsgrade und des zumeist in Sitzhaltung positionierten Probanden ist es mit dieser Vorrichtung jedoch nicht möglich, mit einem Bewegungsprogramm bei unterschiedlichsten Bewegungsformen der Vor- und Rückbeuge, der Rechts-Links-Seitenneige und der Rotation um die Longitudinalsachse des Körperrumpfes unter alltagsnahen Belastungsbedingungen ein koordinatives Training der Muskulatur der Wirbelsäule – insbesondere der Lendenwirbelsäule – durchzuführen. Wie andere bekannte und für ein erfolgreiches Muskelkrafttraining vorgesehene Gerätesysteme, ist diese Vorrichtung auch nur für eine isolierte Bewertung und Beanspruchung einzelner Muskelgruppen konzipiert.

Als weitere Nachteile der Vorrichtung nach DE 195 09 268 A1 erweisen sich deren große Anzahl an Positionierungs- und Kraftübertragungsmitteln sowie der komplizierte technische Aufbau des Widerstandssystems, die zusammen einen beträchtlichen Aufwand bei der Herstellung und der Bedienung des Gerätes erforderlich machen.

Auch die Druckschrift EP 0 251 656 A2 offenbart eine Vorrichtung, welche die Diagnose und/oder das Training des Muskel-Gelenksystems der Extremitäten zum Gegenstand hat. Der Positionierung des Probanden dient wiederum ein in der Grundfläche in x- und y-Richtung translatorisch bewegbares Gestell mit in z-Richtung höhenverstellbarem Sitz. Dessen zweiteilige verstellbare Rückenlehne erlaubt sowohl eine sitzende als auch eine zurückgelehnte Haltung des Probanden. Mit der Vorrichtung ist aber ebenfalls nur eine uniaxiale Drehbewegung möglich, so dass deren Verwendung zur komplexen Beübung der Muskulatur der Wirbelsäule ausscheidet.

Eine Beübung der Extremitäten des Probanden ist ferner mit der Anordnung nach DE 103 51 455 A1 vorgesehen. Es werden Zug- und Druckkräfte von oder auf die Extremitäten ausgeübt, wobei jeder nur von den Extremitäten ansteuerbare Punkt vom mit Linearmotoren ausgerüsteten Widerstandsystem erreicht wird und die zu beübende Person sich so in einem geschlossenen Steuer-/Regelkreislauf befindet. Auch mit dieser Anordnung sind Dreh- bzw. Neigebewegungen, die zur Stärkung der Wirbelsäulenmuskulatur führen würden, nicht möglich.

Die bereits bekannten Methoden und Geräten ermitteln vielfach die beim Probanden vorhandenen Fähigkeiten bezüglich Maximal- und Ausdauerkraft, um daraus auch unter Berücksichtigung der vitalen Möglichkeiten des Probanden entsprechende diagnostische und trainingstherapeutische Schlussfolgerungen zu treffen. Derartige Messwerte für das maximale Bewegungsausmaß, z. B. der Wirbelsäulenbewegung in der sagittalen, frontalen oder transversalen Hauptebene, liefern jedoch noch keine eindeutigen Aussagen zur Güte der Wirbelsäulenfunktion, vor allem aber nicht zu deren feinmotorischen und koordinativen Fähigkeiten. Ansätze zur Berücksichtigung dieser Defizite findet man in einer Anzahl weiterer Geräte, welche durch Einwirkung von Schwerkraft auf unterschiedliche Körperpositionen Haltungskorrekturen und damit die Beanspruchung der Rumpfmuskulatur provozieren. Eine Objektivierung der Arbeitsweise dieser Gerätesysteme durch die Erfassung entsprechender Daten zur Kraft, Kraftausdauer und insbesondere Koordination ist dabei aber nur im Einzelfall möglich.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Diagnostik der funktionellen Eigenschaften der Rumpfmuskulatur und vor allem auch zu deren Trainingstherapie zu entwickeln, welche insbesondere der Verbesserung der Feinmotorik und Koordinationsfähigkeit der Muskulatur dient und die Nachteile des bekannten Standes der Technik minimiert. Zugleich sollen sich Fertigungskosten, Mobilität sowie Bedienungsaufwand für nach der Erfindung arbeitende Geräte erheblich reduzieren. Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 unter Anwendung des Prinzips der differentiellen Achsonotonie. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind der Gegenstand von Unteransprüchen.

Die differentielle Achsonotonie stellt eine Methode dar, mit der zur Schulung vor allem der intra- und intermuskulären koordinativen Fähigkeiten bei geringer Belastung und in unterschiedlichen Übungsmodi der Proband unter Zuhilfenahme eines Software-Trainingsprogramms Bewegungen kleiner Amplitude ausführt und wobei durch willkürliche oder reflektorische Innervation eine Anspannung der die Wirbelsäule stabilisierenden Muskulatur erfolgt. Bei geringer Kraftbelastung durch das Trainingsgerät und gleichzeitig kleinen zurückzulegenden Wegstrecken bzw. Winkelgrößen kann der Proband zusammenfassende Beübungen komplexer Bewegungsabläufe und Belastungssituationen vornehmen und somit auch seine koordinativen Fähigkeiten sowohl intermuskulär – im Zusammenspiel von einzelnen Muskelgruppen – als auch intramuskulär- – durch die Ökonomisierung des Stoffwechsels und der motorischen Ankopplung der Einzelelemente – trainieren. Die bisher bei der Beübung praktizierte aufwendige und zugleich funktionsfremde Isolation einzelner, an den komplexen Vorgängen der Bewegung und Stabilisation beteiligter Strukturen unterbleibt bei diesem Verfahren bewusst. Als Nebeneffekt kann man mit der hier vorgeschlagenen Lösung auch eine Steigerung der Maximalkraft des Probanden erreichen. Die Trainingsübungen werden in Stehsitz-Position vorgenommen. Das Isolationsprinzip zur Beübung wird so zugunsten einer funktionalen Betrachtungsweise aufgegeben. Der dabei bestehende Bodenkontakt der Beine des Probanden schafft eine Belastungssituation in geschlossener Kette bei gleichzeitiger Einbeziehung nicht nur der Bauch- und Rückenmuskulatur, sondern auch der Gluteal-, Ischiocrural-, der Oberschenkel- und Unterschenkelmuskulatur. Eine synchrone Beanspruchung zahlreicher Elemente der dorsalen und ventralen dynamischen Stabilisatoren des Rumpfes und der Gliedmaßen wird dadurch möglich.

Zu Trainingsbeginn wird für den in Steh-Sitz-Position befindlichen Probanden die bestmögliche Ausgangsposition, gekennzeichnet durch einen bestimmten, von Rumpf und Oberschenkel gebildeten Hüftwinkelbereich, eingestellt durch Sitzhöhenverstellung. Die Steh-Sitz-Position ist auch deshalb vorteilhaft, weil es im Unterschied zur Sitzstellung mit einer Beckenkippung nach vorn unten mit Lordoseneigung der Lendenwirbelsäule bei leicht nach vorn abfallender Sitzfläche zur vermehrten (Wieder)-Aufrichtung des Beckens unter Beibehaltung der Aktivierung der Wirbelsäulenmuskulatur kommt und eine Entspannung der Bauchmuskulatur verhindert wird. Der nach vorne offene Hüftwinkel, gebildet durch die Rumpflängsachse und den Oberschenkel, sollte etwa 150°+/- 10° betragen. Damit können Probanden mit unterschiedlichen Körperhöhen bei der Beübung im Stehsitz eine weitgehend aufrechte Ausgangsstellung einnehmen. Die Fixation der Füße kann ohne Arretierung durch eine hüftbreite Positionierung des Schuhwerkes auf einem auf der Fußplatte des Grundkörpers vorgezeichneten Umriss (mit je 10° Außenrotation der Fußflächen) erfolgen. Sie ist aber ggf. auch mittels eines Anschlages zu gewährleisten. Die Kniegelenke sollten einen Winkel von 30°+/-5° bilden, wobei sich das Fußende dann in einem Abstand von etwa 25 cm zum Rumpflot befindet. Die Höhenverstellung sowie die Mittel zur Hüft- und Schulterfixation Stellen die einzigen, jeweils an den Probanden anzupassenden Elemente dar.

Das Mindestmaß für die Höhenverstellbarkeit der Sitzposition des Probanden ergibt sich aus der Streubreite der Körpergrößen. Allerdings werden bei einer fixen Fußposition von 25 cm vor dem Lot des Hüftgelenkes im allgemeinen Höhenverstellungen von etwa 14 cm ausreichen, um für Körperhöhen der Probanden zwischen 155 und 200 cm alle geforderten Hüft- und Kniewinkel einstellen zu können. In aufrechter Sitzhaltung muss das Becken fixiert werden, damit ein Widerlager für die bei der Diagnose und dem Training bis zur Maximalbelastung auftretenden Drehmomente vorhanden ist.

Nach der Beckenfixation muss der Rumpf als oberer, sich später bewegender Schenkel gleichermaßen fixiert werden, damit die Kraftübertragung der wirbelsäulen- sowie der rumpf- und gesäßüberbrückenden Muskulatur auf das Widerstandssystem möglich wird. Die Fixation des Rumpfes sollte mindestens im oberen Brustwirbelsäulenbereich ansetzen, da sonst Weichteilverschiebungen u. ä. in jedem Falle Fehl- bzw. Ausweichbewegungen ermöglichen würden. Deshalb ist wenigstens im Achselhöhlenbereich eine Fixation vorzunehmen, besser noch ist auch die Einbeziehung des Schulterbereiches mittels entsprechender Träger oder von in Brusthöhe angebrachten Handgriffen. Um selbst noch kleinste Bewegungen durch die Messsensorik des Trainingssystems erfassen zu können, ist es zudem wichtig, dass die Krafteinleitung in das Messsystem zur Bestimmung der Bewegungs- und Kraftgrößen bzw. der Drehmomente spielfrei erfolgt. Der gesamte Oberkörper wird dann durch die von unten aufsteigende Fixation einheitlich so festgestellt, dass dieser sich nur noch gemeinsam mit der Feststelleinheit um einen einzigen Drehpunkt des Trainingsgerätes in einer sagittalen, frontalen und transversalen Ebene bewegen kann. Die Rumpffixation ist außerdem so angelegt, dass eine asymmetrische rotatorische Belastung durch Loslassen einer Hand möglich wird. Dies hat zur Folge, dass beim Vorhandensein von in sagittaler Richtung wirkenden Kräften, durch das in Körperlängsrichtung entstehende Drehmoment eine Rotation des Rumpfes provoziert wird, der vom Übenden entsprechend entgegengesteuert werden kann.

Nach der sicheren Fixierung des Probanden erfolgt zunächst die Bestimmung des maximalen passiven Bewegungsraumes in der Horizontalebene und bezüglich der Rotation um die Körperlängsachse. Nachfolgend wird in nächsten Arbeitsschritten die Bestimmung der Maximalkraft des Probanden vorgenommen. Sie ist für die Festlegung der Übungsbelastung wichtig und erfolgt jeweils zu Übungsbeginn. Die hierbei ermittelten Werte bilden die Grundlage für die Berechnung der Übungswiderstände der verschiedenen Übungsvarianten des Trainingssystems. Die Messung der Maximalkraft für die Rumpfextension erfolgt aus leichter Vordehnung. Die Bestimmung der Maximalkraft der Bauchmuskulatur erfolgt analog. Die Tests beinhalten jeweils eine maximale und schnell ausgeführte Anspannung der lumbalen Streck- bzw. der Bauchmuskulatur für die Dauer von etwa 8 bis 12 s. Dabei werden als Gütekriterien der messtechnisch erfassbare Anstiegswinkel der Kraftentfaltung zu Beginn der Übung aus der Hälfte des Maximalkraftwertes und der dafür benötigten Zeit sowie der Winkel des Kraftabfalls innerhalb der Haltedauer bestimmt. Damit lassen sich der als Maximalkraft definierte Höchstwert sowie eine Aussage für die Kraftausdauer des Probanden gewinnen. Bei deren fehlerhafter Bestimmung in der ersten Sitzung kann die Ermittlung der Maximalkraft nach einer Pause von ca. 1 min nochmals wiederholt werden.

Schließlich wird die dynamische Kraftausdauerfähigkeit getestet, indem die Anzahl vollständig absolvierter Extensions-/Flexionszyklen innerhalb von 30 s gegen einen Widerstand von 50% der isometrischen Maximalkraft in Neutralposition bestimmt wird.

Die eigentliche Übungsdurchführung erfolgt gestaffelt nach Ausgangsbefund und Trainingszustand, den Fähigkeiten sowie dem Lebensalter des Probanden und den Zielen der Behandlung. Zu Beginn wird eine Belastungsintensität von 40% der Maximalkraft angesetzt, so dass die Übungsausführung exakt erfolgen kann.

Wie bereits dargelegt, steht bei den Übungen die Schulung der koordinativen Fähigkeiten des Probanden im Vordergrund. Die Bestimmung von Kraftfähigkeiten und Bewegungsausmaßen ist dagegen in diesem Verfahren von sekundärer Bedeutung. Dementsprechend ist auch die technische Ausgestaltung des Gerätes ausgelegt. Die Bewegungsausführungen erfolgen als Rotationen um eine transversale Achse in Höhe des lumbosacralen Überganges als Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen, um eine gleichfalls in Höhe des lumbosacralen Überganges angeordnete sagittale Achse als Links-Rechts-Seitneige und um die Körperlängsachse als Links-Rechts-Rotation. Die Amplituden der mit dem Trainingsgerät möglichen Bewegungen betragen für jede Bewegungsrichtung ca. 45°. Etwa 75% des Ausmaßes der gemessenen individuellen Gesamtbeweglichkeit des Probanden werden als maximales Bewegungsausmaß in die Beübung einbezogen.

Mit dem Trainingsgerät werden unterschiedliche Belastungssituationen simuliert, die während der Beübung dem Probanden entgegenwirken. Es sind dieses isometrische, isokinetische und isodynamische Belastungszustände sowie deren zeitlich wechselnde Abfolgen, die durch kurze und zufällige, plötzlich auftretende Intervalle zusätzlichen Widerstandes zum Zwecke der Provokation reflektorischer Bewegungen ergänzt werden können.

Das Ziel dieser Beübungen ist es, abwechslungsreiche Kraft-und Bewegungsbedingungen zu schaffen, die alltäglichen Belastungssituationen möglichst nahe kommen.

Unter isokinetischen Übungsbedingungen wird die maximale Winkelgeschwindigkeit, mit der sich der Rumpf des Probanden bewegen kann, in Abhängigkeit vom Strömungsvolumen durch das Widerstandssystem pro Zeiteinheit festgelegt. Sie ist unabhängig von der aufgewendeten Kraft, solange diese ein Minimum nicht unterschreitet. Eine Geschwindigkeitsänderung findet also trotz verändertem Kraftaufwand nicht statt, weil das Strömungsvolumen im Widerstandssystem konstant bleibt und die bewegte Flüssigkeit inkompressibel ist. Unabhängig von der vom Probanden ausgeübten Kraft tritt folglich keine Geschwindigkeitsänderung in der Bewegung ein.

Eine Sonderform der isokinetischen Zustandes stellt die Isometrie dar. Hierbei besitzen das Strömungsvolumen und die Winkelgeschwindigkeit der Beübung den Wert Null. Es kommt also bereits mit dem Beginn der Krafteinwirkung zu keiner Bewegung (stationärer Zustand). Für isometrische Übungen werden als trainingswirksame Haltedauer Zeiten zwischen 8 und 12 s empfohlen.

Bei der (iso)dynamischen Übungsform soll der Proband einen Widerstand mit konstanter Kraft überwinden. Durch Erhöhung der aufgewendeten Kraft ist jedoch eine Vergrößerung der Winkelgeschwindigkeit möglich, weil das System „nachgibt". Dieses Verhalten des Widerstandssystems ist bis zu einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit sinnvoll, bei der dann eine Bremswirkung einsetzen muss.

Während der einzelnen Sitzungen in den abgestuften Beübungsphasen mit zuvor festgelegten Beübungsphasen (Grundlagen-, Aufbau- und Erhaltungsphase) führt der Proband monitorgestützte Übungen aus. Dabei werden einzelne Muskelgruppen (Rumpfbeuger, -strecker, -seitneiger, -rotatoren) isoliert oder kombiniert in den verschiedenen Beübungsmodi beansprucht. Der maximale Effekt wird durch zweidimensionale Bewegungsverläufe erzielt, die in Bezug auf ihr Bewegungsausmaß als nachzufahrende Linien und Kurven auf einem Monitor abgebildet und bezüglich des zu überwindenden variablen Widerstandes beim „Befahren" dieser Kurven als programmierte Variationen der einzelnen Beübungsmodi abgespeichert sind.

Die örtliche Auflösung, also das Verhältnis der dargestellten Weglänge zum tatsächlich zurückzulegenden Weg(„Zoom"-Faktor), die Intensität der Beübung, deren Dauer und Schwierigkeit sind in separaten Programmen festgelegt, die dem Probanden entsprechend dem jeweiligen Anforderungsprofil zur Verfügung stehen.

Zu Beginn der Übung wird dem Widerstandssystem der erste Wert des Programms mitgeteilt. Gegen diesen Widerstand „fährt" der Proband die Kurve in der vorgegebenen Richtung zum aktuellen Sollpunkt ab, bis er diesen erreicht hat. Je nach geforderter Präzision verändert sich die Position des Sollpunktes zum nächsten Programmpunkt erst dann, sobald die Ist-Position des Probanden mit dem Sollpunkt ausreichend deckungsgleich ist. Es ist aber auch möglich, dass der Proband jede beliebige andere Richtung auswählt, in der ihm exakt der gleiche Widerstand entgegengesetzt wird, weil der Widerstand für alle Freiheitsgrade gleich ist. In diesem Falle wandert die Soll-Position nicht weiter. Während die Größe des Widerstandes und die Art des Beübungsmodus aus dem gespeicherten Programm an Stellelemente des Widerstandssystems weitergegeben werden und daraus die aufzubringenden Drehmomente für den Übenden resultieren, müssen der Soll- und der Ist-Wert für den Weg miteinander verglichen werden. Hierzu wird mit einer Abtastfrequenz die jeweilige Position des Übenden anhand der Längenänderungen der einzelnen Kolben des Wider standssystems ermittelt. In gleicher Weise erfolgt die Ermittlung der durch den Probanden aktuell aufgebrachten Kraft, die mit der Vorgabe verglichen, eine entsprechende Regelung in Echtzeit bewirkt. Die aktuelle Position des Übenden markiert ein farbiger Punkt auf dem Monitor, dessen Koordinaten aus den Daten des Widerstandssystem berechnet werden.

Die Ermittlung der Differenz zwischen dem Soll- und Istwert der jeweiligen Position charakterisiert als Gütekriterium die Exaktheit der Bewegungsführung. Je genauer also die Wegstrecke durch den Probanden zurückgelegt wird, desto besser sind seine koordinativen Fähigkeiten zu bewerten. Die Summe dieser Differenzen für die einzelnen Positionen, die mehrmals pro Sekunde ermittelt werden, wird als Score ausgegeben. Möglich ist aber auch die Ausgabe eines akustischen Signals, dessen Lautstärke oder Frequenz mit zunehmender Abweichung ebenfalls zunimmt. Auf diese Weise erhält man sowohl ein visuelles als auch ein akustisches Biofeedback. Ein schematisiertes Ablaufprogramm für eine hier beschriebene Übung zeigt die 1.

In die Wegstrecke des Übenden können schließlich mehrere Situationen eingestreut werden, die den plötzlichen, kurzzeitigen Anstieg des Belastungswiderstandes senkrecht zur aktuellen Bewegungsrichtung zum Inhalt haben. Dadurch wird der Übende zu Stellreflexen provoziert und muss versuchen, in kurzer Zeit auf den Wegverlauf zurückzufinden.

Der wichtigste Teil der Datenauswertung betrifft die Bewertung und Darstellung der Übungspräzision. Dabei erfahren Abweichungen von der geraden oder gekrümmten Sollbahn oder nach Reflexprovokation gleiche Wichtung. Der Gesamtscore bestimmt sich aus dem Verhältnis von zurückgelegter Gesamtübungsstrecke (cm) zur Summe der Abweichung (cm) von der Sollbahn und ist anhand eines standardisierten Testübungsprogramms zu ermitteln. Damit unterschiedliche Schwierigkeitsstufen sowie inhaltliche Besonderheiten in den jeweiligen Übungen, wie ein Wechsel der Modi oder Reflexprovokationen, einen Vergleich möglich machen, sind Standardkurven erforderlich, wobei diese nur zu Testzwecken und zum Vergleich zum Einsatz kommen.

In Alternative zur Bestimmung der Flächengrößen für die Abweichungen der Ist- von der Sollbahn kann aber auch die Ermittlung der Zeit erfolgen, die sich aus der Differenz der für die Wegstrecke zwischen zwei Punkten der Übungskurve tatsächlich benötigten Zeit und der hierfür theoretisch notwendigen Minimalzeit ergibt.

Zur Darstellung der Abweichungen ist ein Übungskurvenverlauf möglich, bei dem eine akzentuierte Wichtung der Abweichungen und eine gleichzeitige Solliniendarstellung unter Angabe des jeweiligen Übungsmodus vorgenommen wird, um so jeden einzelnen Abschnitt analysieren zu können.

Zusätzlich zu den genannten Trainingsphasen sind in das Erhaltungstraining Elemente spielerischen Inhalts eingebaut. Diese beinhalten Aufgabenstellungen mit hohem Aufforderungscharakter. Hierbei sind unterschiedliche Zielstellungen möglich. So gibt bspw. das Trainingsgerät eine Figur vor. Nach dem körperlichen Abfahren der Figur soll der Proband die Figur aus dem motorischen Gedächtnis heraus wiederholen. Beide Figuren werden anschließend verglichen und Abweichungen festgestellt. Zuerst werden einfachere Figuren, wie Kreis, Dreieck, Viereck gegen einen Widerstand abgefahren, der im zweiten Teil der Sitzung überraschend aufgehoben und wieder gesetzt werden kann. Das Ziel des Probanden ist es, nicht von der Figur abzuweichen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zur Durchführung von Übungsprogrammen nach 1 wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen nach 2a, b näher beschrieben. Ein Trainingsgerät 1 besitzt ein Geräteunterteil 2, auf dem in zentraler Anordnung ein höhenverstellbarer Zylinder 3 mit einer darauf angebrachten Sitzeinrichtung 4 befestigt ist. Mit dem säulenförmigen Zylinder 3 verbunden ist außerdem ein der Krafteinleitung dienendes Widerstandssystem 5 zusammen mit einem etwa in Hüfthöhe den Probanden ringförmig umgebenden Befestigungsrohr 6. Mit Befestigungsvorrichtungen 7, die über starre Befestigungselemente 8 mit dem Widerstandssystem 5 verbunden sind, erfolgt die Fixation des Körperrumpfes im Schulterbereich sowie des Beckens des Probanden in der Sitzeinrichtung (hier nicht dargestellt). Eine Rechnereinheit 9 (2b), gekoppelt mit Kraft- und Bewegungssensoren des Trainingsgerätes 1 sowie Eingabe- und Ausgabevorrichtungen 10 für mess- und trainingsrelevante Daten dient als Steuereinheit für die Trainingsvorrichtung.
Das Geräteunterteil 2 sichert die Standfestigkeit des Gerätes und dient zur Aufnahme der Füße des Probanden, um auftretende Kräfte und Drehmomente aufzunehmen und zu neutralisieren. Der zentral angeordnete Zylinder 3 mit der Sitzeinrichtung 4 erlaubt dem Probanden die Einnahme einer Sitz-Steh-Position in einer für ihn aufgrund seiner spezifischen anthropometrischen Parameter vorbestimmten Sitzhöhe, die eine einheitliche Ausgangs- und Übungsstellung bei jeweils einer 30°- Hüft- und Kniebeugung ermöglicht. Zu diesem Zweck ist die Höhenverstellbarkeit der Sitzeinrichtung 4 zusammen mit der des Widerstandssystems 5 stufenlos möglich. Die Höhenverstellung erfolgt bspw. unter Verwendung einer hier nicht dargestellten Gasdruckfeder. Der Zylinder 3 als Mittelsäule besteht aus zwei ineinanderliegenden Rohren, deren Anordnung es erlaubt, Rotationsbewegungen um die Rohrachse gegen den Widerstand eines innerhalb der Säule angebrachten Pneumatikzylinders durchzuführen. Die erforderliche Fixation des Beckens des Probanden an die Sitzeinrichtung erfolgt wie die des Rumpfes an das Widerstandssystem mit Gurtbändern 14. Das Widerstandssystem 5 entspricht einer Tripoden-Anordnung von Pneumatikzylindern 13, die mit einem Ende jeweils mit einem 120°-Versatz am Umfang der Mittelsäule so befestigt sind, dass diese die erforderlichen Freiheitsgrade beibehalten können. Die gegenüberliegenden Kolbenenden der Pneumatikzylinder 13 sind am ringförmigen Befestigungsrohr 6 in gleicher Weise befestigt. Da das Befestigungsrohr weiterhin mit der am Rumpf von hinten an der Wirbelsäule des Probanden anliegenden Befestigungsvorrichtung 7 fest verbunden ist, können Bewegungen aus dem Rumpf mit einem Drehpunkt im lumbosacralen Übergang in das Widerstandssystems 5 eingeleitet werden. Wesentlich dabei ist, dass durch entsprechende Regelungen des Widerstandssystems bei Bewegung des Probanden die Position der transversalen und sagittalen Achsen unverändert bleibt, um Drehpunktverschiebungen zwischen der Wirbelsäule und dem Widerstandssystem mit der Folge von unerwünschten Drehmomenten und Translationsbewegungen zu vermeiden. Die Fixation des Rumpfes wird im Schulterbereich über bogenförmige Halterohre 12 mit den daran befestigten verstellbaren Gurtbändern vorgenommen. Mit der hier gewählten Ausführung des Widerstandssystems sind Bewegungen in der Sagittal- und Frontalebene und beliebigen Kombinationen davon, aber auch rotatorische Bewegungen um die Vertikalachse mit ebenso beliebigen Kombinationen mit allen Horizontalbewegungen möglich. Für die Funktion des Widerstandssystems ist eine Druckluftversorgung erforderlich, die über eine hier nicht dargestellte Kompressoreinheit gewährleistet wird. Die Ansteuerung der einzelnen Pneumatikzylinder 13 bezüglich des einzustellenden Widerstandes und deren Position wie auch zur Verarbeitung mess- bzw. übungsrelevanter Daten und deren Weitergabe an eine Ausgabeeinheit oder den Monitor 11 wird durch die Rechnereinheit 9 vorgenommen. Nach Beendigung der Übung besteht die Möglichkeit, die Beübungsdaten durch deren Übertragung auf portable Speichermedien (Smart-Card, USB-Sticks usw.) auch dem Probanden zur Verfügung zu stellen. Der Monitor 11 erlaubt eine Darstellung der aktuellen Kraft- und Bewegungsgrößen, insbesondere der aktuellen und geplanten Position des Probanden bei der Ausführung der Übungseinheiten. Sämtliche Anweisungen, Übungsprogrammme, Rückmeldungen und Auswertungen erfolgen über diesen Monitor(Feedback-Monitoring).

Claims

Vorrichtung zur Diagnostik und Therapie der Rumpfmuskulatur, insbesondere zum Training der Feinmotorik und der Koordinationsfähigkeit der Muskulatur der Lendenwirbelsäule eines Probanden, mit einem Geräteunterteil (2) zur Sicherung der Standfestigkeit eines Trainingsgerätes (1), einer höhenverstellbaren Sitzeinrichtung (4), angeordnet auf einem um seine Längsachse drehbeweglichen Zylinder (3), einem Widerstandssystem (5), welches mit Mitteln zur Fixierung des Probanden verbunden ist, und einer Rechnereinheit (9) als Steuer- und Regelgerät, verknüpft mit Kraftsensoren sowie Ein- und Ausgabevorrichtungen (10) und einem Monitor (11) zur Erfassung probanden- und übungsrelevanter Daten, deren Weiterverarbeitung und zur Anzeige des aktuellen Kraft- und Bewegungsausmaßes, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandssystem (5) ein Tripod-System ist, dessen Poden als Pneumatikzylinder (13) ausgebildet sind, die, konzentrisch und um 120° zueinander versetzt angeordnet, an einem Ende mit dem Umfang des Zylinders (3) und an ihrem anderen Ende mit einem den Probanden etwa in Hüfthöhe umgebenden ringförmigen Befestigungsrohr (6) durch Scharniere verbunden sind, dass der in Stehsitz-Position befindliche Proband, etwa in Beckenhöhe, durch Gurtbänder (14) an der Sitzeinrichtung (4) und, etwa in Schulterhöhe, an bogenförmigen Halterohren (12), die mit dem ringförmigen Befestigungsrohr (6) verbunden sind, im Trainingsgerät (1) so fixiert ist, dass der Oberkörper des Probanden rotatorische Bewegungen um die Vertikalachse und bei Änderungen der Podenlängen Bewegungen in der Sagittal- und Frontalebene – Vorwärts-/Rückwärtsbeuge und Rechts-/Links-Seitenneige – sowie in beliebigen Kombinationen dieser Bewegungen ausführen kann, wobei sich das Drehzentrum für diese Geräte- und Körperbewegungen im lumbosacralen Übergang des Probanden befindet.
Vorrichtung zur Diagnostik und Therapie der Rumpfmuskulatur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rechnereinheit (9), welche die übungsrelevanten Positionskoordinaten des Probanden in Gerätedaten des Trainingsgerätes (1) transformiert.
Vorrichtung zur Diagnostik und Therapie der Rumpfmuskulatur nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung von Übungen mit ein oder mehrere Bewegungsabläufen unterschiedlicher Belastungssituationen, wie z.B. mit isometrischen, isokinetischen und/oder isodynamischen Zuständen, für das Widerstandssystem (5) und den drehbeweglichen Zylinder (3) eine programmgesteuerte Regelung vorgesehen ist.
Vorrichtung zur Diagnostik und Therapie der Rumpfmuskulatur nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Feedback-Monitoring ein Monitor (11) vorgesehen ist, mit dem sämtliche vom Probanden für ein interaktives Training benötigten Anweisungen, der geplante und tatsächliche Bewegungsablauf sowie Werte für das aktuelle Kraft- und Bewegungsausmaß direkt angezeigt werden können, wobei z. B. zu durchlaufende Wegstrecken als Linien, Kurven, Figuren, Spiele usw. auf dem Monitor (11) sichtbar sind.